Thông tin tài liệu
Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất Môi trường, Tập 30, Số (2014) 31-40 Loại đa kiểu cấu trúc thông số ô mạng sở khoáng vật chứa Li pegmatit vùng La Vi, tỉnh Quảng Ngãi Phạm Thị Nga1, Hoàng Thị Minh Thảo1,* Nguyễn Thị Minh Thuyết1, Đào Duy Anh2 Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQGHN, 334 Nguyễn Trãi, Thanh Xuân, Hà Nội, Việt Nam Viện Khoa học Công nghệ Mỏ - Luyện Kim, Bộ Công thương, 79 An Trạch, Đống Đa, Hà Nội, Việt Nam Nhận ngày 12 tháng năm 2014 Chỉnh sửa ngày 15 tháng năm 2014; Chấp nhận đăng ngày 23 tháng năm 2014 Tóm tắt: Khống vật chứa Li pegmatit vùng La Vi, tỉnh Quảng Ngãi xác định lepidolit muscovit-Li Kết nghiên cứu phương pháp khác nhau, đặc biệt phương pháp đại nhiễu xạ tia Roentgen kết hợp phần mềm chuyên dụng kính hiển vi điện tử truyền qua với chức phân tích ảnh nhiễu xạ điện tử chọn vùng, cho thấy lepidolit muscovit-Li có đa kiểu cấu trúc 2M1, kết tinh hệ nghiêng, có nhóm đối xứng khơng gian đặc trưng C2/c Do khác biệt thành phần Li Al lớp bát diện nên thông số cấu trúc ô mạng sở muscovit-Li lepidolit có khác rõ rệt, chi tiết sau: Muscovit-Li: a = 5,22; b = 9,03; c = 20,20; β = 92,86o; α = γ = 90o Lepidolit: a = 5,11; b = 9,13; c = 19,92; β = 99,99o; α = γ = 90o Từ khóa: Pegmatit La Vi, lepidolit, muscovit-Li, đa kiểu, ô mạng sở Mở đầu* (stacking order) dịch chuyển hai chiều lớp cấu trúc bảo toàn [1] Các đa kiểu thể đa dạng vi cấu trúc khoáng vật điều kiện lý - hóa thay đổi Hiện tượng đa kiểu cấu trúc thu hút quan tâm nhà khoáng vật học tinh thể học từ phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) đời, Việt Nam công bố nghiên cứu đa kiểu chưa phổ biến Đa kiểu cấu trúc biết đến loại đa hình đặc biệt Trong đa hình (polymorphic) để khống vật có cấu trúc tinh thể khác ảnh hưởng yếu tố bên (chủ yếu nhiệt độ, áp suất) trình kết tinh, đa kiểu cấu trúc hay đa kiểu (polytype) hay thay đa kiểu cấu trúc (polytypism) khái niệm để mô tả khác cấu trúc mạng không gian (lattice space) kiểu xếp chồng lớp cấu trúc Đối với khoa học bản, nghiên cứu đa kiểu khoáng vật sở để tìm hiểu điều kiện hóa - lý mơi trường kết tinh biến đổi khống vật, từ luận giải điều kiện thành _ * Tác giả liên hệ ĐT.: 84-932931679 Email: hoangminhthao@vnu.edu.vn 31 32 P.T Nga nnk /Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất Môi trường, Tập 30, Số (2014) 31-40 tạo trường bền vững chúng Đối với khoa học ứng dụng, nghiên cứu đa kiểu sở khoa học cho lĩnh vực khác khoa học vật liệu, vật lý, hóa học nghiên cứu phát triển ứng dụng, chẳng hạn nghiên cứu tổng hợp vật liệu đòi hỏi độ xác cao Với ý nghĩa đó, nghiên cứu trình bày loại đa kiểu cấu trúc thơng số mạng sở khống vật chứa kim loại kiềm Li, xác định muscovit-Li lepidolit, vùng La Vi - tỉnh Quảng Ngãi dựa kết phương pháp nghiên cứu kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) nhiễu xạ tia X (XRD) biotit, lepidolit lại có màu sắc giống với muscovit hơn, thường có màu trắng, màu tím nhạt đến tím đậm Lepidolit có cơng thức lý tưởng K2(LiAl)5-6(Si6-7Al1-2O20)(OH,F)4 Lepidolit phân bố tập trung nguồn quặng Li có giá trị, thường tìm thấy đá pegmatit granit, thường cộng sinh với spodumen, columbit, topaz, beryl… Bên cạnh đó, có màu tím đẹp, pegmatit chứa lepidolit cịn dùng làm đá trang trí [2, 3] Cơ sở lý thuyết Theo nghiên cứu Garrett, hàm lượng Li2O lepidolit biến đổi khoảng 3,0%-7,7% (tương đương với 1,393,58% Li) [4] Muscovit chứa Li2O với hàm lượng 3,0% coi muscovit chứa liti (muscovit-Li) 2.1 Khái niệm đặc điểm mica, muscovit lepidolit 2.2 Đa kiểu cấu trúc tượng đa kiểu cấu trúc mica Mica nhóm khống vật thuộc lớp silicat lớp Một đơn vị cấu trúc mica bao gồm lớp bát diện (T) xen kẹp hai lớp tứ diện (O) (cấu trúc 2:1 - TOT) Các đơn vị cấu trúc xếp liên tục phân cách lớp xen bao gồm ion dương không ngậm nước Phụ nhóm mica bát diện đơi (dioctahedral) số cation lớp bát diện tinh thể có đa kiểu 2M1 45.97 P.T Nga nnk /Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất Môi trường, Tập 30, Số (2014) 31-40 đa kiểu 1M có |110|/|020| < Các tinh thể muscovit-Li lepidolit La Vi quan sát thấy |110|/|020| > ảnh SAED (hình 5) Hàm lượng Li2O lepidolit muscovit-Li vùng La Vi xác định phương pháp ICP-OES đạt 4,01% Trong muscovit-Li lepidolit chiếm khoảng 90% khối lượng (kết XRD-BGMN) Như vậy, hàm lượng Li2O trung bình muscovit-Li lepidolit vùng La Vi khoảng 4,4% Ngoài ra, cấu trúc muscovit-Li lepidolit vùng La Vi có chứa hàm lượng nhỏ Rb (cùng vị trí đồng hình với Li) hàm lượng đáng kể F(kết phân tích TEM-EDX) Nghiên cứu Rinaldi nnk (1972) số mẫu muscovit chứa Li lepidolit cho thấy mẫu có hàm lượng Li2O từ 3,12% đến 3,38% thường có cấu trúc 2M1, mẫu có hàm lượng 3,50-4,52% có hai kiểu cấu trúc 2M1 1M [21] Nghiên cứu Levinson (1953) nêu lên mối quan hệ cấu trúc mica hàm lượng Li2O, theo đó, mica cấu trúc 2M1 có hàm lượng Li2O 4,0% [22] Ngược lại, Swanson & Bailey (1981) số lepidolit 2M1 có hàm lượng Li2O cao lepidolit Biskupice, Czechoslovakia (5,91% Li2O) lepidolit Grosmont, Úc (5,066,37% Li2O) cho thành phần hóa học khơng phải yếu tố định hoàn toàn đa kiểu cấu trúc [23] 4.2 Thông số ô mạng sở muscovit-Li lepidolit vùng La Vi Như trình bày trên, khoáng vật muscovit-Li lepidolit quặng pegmatit La Vi có đa kiểu cấu trúc 2M1 Đa kiểu cấu trúc 2M1 loại đa kiểu phổ biến tự nhiên khống vật thuộc nhóm mica Loại đa kiểu mô tả xếp lặp lại 37 đơn vị cấu trúc (TOT) quay +120o xếp chồng lên đơn vị cấu trúc quay -120o Nhóm đối xứng khơng gian đặc trưng cho cấu trúc 2M1 C2/c, tinh thể kết tinh hệ nghiêng [10, 12, 13] Các thông số mạng khống vật muscovit-Li lepidolit tính toán từ đỉnh nhiễu xạ phổ XRD ảnh TEM-SAED [24, 25] thu sau: Muscovit-Li: a = 5,22; b = 9,03; c = 20,20; β = 92,86o; α = γ = 90o Lepidolit: a = 5,11; b = 9,13; c = 19,92; β = 99,99o; α = γ = 90o Các thông số ô mạng sở khống vật muscovit-Li lepidolit có khác đáng kể, chẳng hạn lepidolit có giá trị a, c nhỏ thông số b, β lớn so với muscovit-Li Sự khác cấu trúc lớp bát diện hai khoáng vật muscovit-Li lepidolit Lớp bát diện mica bao gồm ô bát diện chia thành loại đồng phân hình học nhau, phân biệt với vị trí nhóm (OH): bát diện cis bát diện trans Trong bát diện trans có kích thước lớn so với bát diện cis (hình 6) [6] Vì thế, ion dương có bán kính nhỏ chiếm vị trí bát diện cis, ion dương có bán kính lớn chiếm vị trí bát diện trans Cụ thể, ion dương hóa trị hai Li+, Fe2+, Mg2+, Mn2+ trống chiếm vị trí bát diện trans, cịn vị trí bát diện cis nhỏ chứa ion dương hóa trị cao Al3+, Fe3+ [8, 26] Hình Các bát diện cis (M2) trans (M1) cấu trúc mica 38 P.T Nga nnk /Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất Môi trường, Tập 30, Số (2014) 31-40 Trong mẫu nghiên cứu, lepidolit muscovit-Li có cấu trúc 2M1 thơng số ô mạng lại khác khác thành phần Li+ (r = 0,68 Å) Al3+ (r = 0,51 Å) vị trí cấu trúc Lepidolit chứa nhiều Li+ so với muscovit-Li, dẫn đến mạng sở lepidolit có kích thước trục b góc nghiêng β lớn Những nghiên cứu muscovit-Li cho thấy khoảng cách lớp cấu trúc tỉ lệ nghịch với tăng lên hàm lượng Li cấu trúc [26] Sự thay đổi khoảng cách lớp liên quan đến thay phần nhỏ Li+ cho K+ lớp xen Tuy nhiên, khoảng cách lớp giảm thay F- cho OH- làm giảm lực hút tĩnh điện H+ ion dương lớp xen giữa, bóp méo vịng tứ diện từ hệ đối xứng sáu phương sang đối xứng ba phương kép làm tăng lực đẩy hai nguyên tử oxy hay ghép đôi không cân xứng ô bát diện cis trans xơ lệch vị trí O2- phía ion dương lớp khiến lực hút tĩnh điện chúng tăng Sự giảm khoảng cách lớp bóp méo, xơ lệch vịng tứ diện dẫn đến giảm kích thước a c mạng sở Những điều giải thích cho khác thông số ô mạng sở lepidolit muscovit-Li [25] Cấu trúc lepidolit 2M1 mô tả chi tiết nghiên cứu lepidolit vùng Biskupice, Czechoslovakia [23, 26]; cấu trúc muscovit 2M1 pegmatit Georga, Hoa Kỳ trình bày nghiên cứu Güven [27] Các tham số cấu trúc muscovit La Vi nghiên cứu sai khác không đáng kể so với muscovit Georgia (5,19; 9,01; 20,05 95,76o), cấu trúc lepidolit La Vi lepidolit vùng Biskupice lại có khác lớn Sự khác chênh lệch hàm lượng Li2O (lepidolit Biskupice có Li2O = 5,91% [23]) Bên cạnh đó, yếu tố q trình kết tinh nhiệt độ, áp suất, chất bốc, độ bão hòa, tốc độ giảm nhiệt… có ảnh hưởng định đến hình thành bền vững đa kiểu cấu trúc [11, 13, 23] Kết luận Quặng pegmatit vùng La Vi, tỉnh Quảng Ngãi bao gồm khoáng vật chiếm thành phần chủ yếu muscovit-Li, lepidolit, thạch anh, plagioclas Quặng tinh sau làm giàu phương pháp tuyển (chiếm 21% khối lượng quặng nguyên khai) bao gồm muscovit chiếm 67%, lepidolit chiếm 23%, lượng nhỏ thạch anh (7%) plagioclas (3%) MuscovitLi lepidolit khống vật chứa Li pegmatit nói có hàm lượng Li2O chiếm trung bình 4,4% Căn vào xuất khác đỉnh nhiễu xạ đơn phổ nhiễu xạ XRD xử lý phần mềm Winfit, với thông số ô mạng sở xác định được, ảnh nhiễu xạ điện tử chọn vùng thu TEM, hai khoáng vật muscovit-Li lepidolit từ mẫu pegmatit La Vi - Quảng Ngãi xác định có đa kiểu cấu trúc 2M1 Đa kiểu cấu trúc 2M1 tạo thành từ xếp lặp lại đơn vị cấu trúc (TOT) quay +120o xếp chồng lên đơn vị cấu trúc quay 120o Các khống vật có cấu trúc 2M1 kết tinh hệ nghiêng, có nhóm đối xứng khơng gian đặc trưng C2/c Trong quặng pegmatit chứa Li vùng La Vi tỉnh Quảng Ngãi, thông số cấu trúc muscovit-Li lepidolit có sai khác rõ rệt khác biệt thành phần Li Al lớp bát diện gây nên P.T Nga nnk /Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất Môi trường, Tập 30, Số (2014) 31-40 Tài liệu tham khảo [1] Guinier A (Chairman), Bokij G B., BollDornberger K., Cowley J M., Durovic S., Jagodzinski H., Krishna P., de Wolff P M., Zvyagin B B., Cox D E., Goodman P., Hahn Th., Kuchitsu K., Abrahams S C., Nomenclature of polytype structures Report of the International Union of Crystallography Ad-Hoc Committee on the Nomenclature of Disordered, Modulated and Polytype Structures Acta crystallographica, A40, 399-404, 1984 [2] Rieder M., Cavazzini G., D'Yakonov Y.S., FrankKamenetskii V.A., Gottardt G., Guggenheim S., Koval P.V., Muller G., Neiva A.M.R., Radoslovich E.W., Robert J.L., Sassi F.P., Takeda H., Weiss Z., Wones D.R., Nomenclature of the micas The Canadian Mineralogist, 36, 905-912, 1998 [3] Đỗ Thị Vân Thanh, Trịnh Hân, Khoáng vật học NXB Đại học Quốc gia Hà Nội 358tr, 2003 [4] Garrett D.E., Handbook of Lithium and Natural Calcium Chloride - Their Deposits, Processing, Uses and Properties, Elsevier 488p, 2004 [5] Smith J V., Yoder H S., Experimental and theoretical studies of the mica polymorphs, 1954 [6] Meunier A., Clays Springer 472p, 2003 [7] Guggenheim S., Cation ordering in lepidolite American Mineralogist, 66, 1221-1232, 1981 [8] Bailey S W., Review of cation ordering in mica Clay and clay mineral, 32 (2), 81-92, 1984 [9] Bailey S W., X-ray diffraction identification of the polytypes of mica, serpentine and chlorite Clays and Clay minerals, 36(3), 193-213, 1988 [10] Weiss Z & Wiewióra A., Polytypism of mica: xray diffraction identification Clays and Clay Minerals, 34(1), 53-68, 1986 [11] Brigatti M F., Guggenheim S., Mica crystal chemistry and the influence of pressure, temperature, and solid solution on atomistic models, Reviews in Mineralogy and Geochemistry, vol 46 Mineralogical society of America, Washington, DC, 1-79, 2002 [12] Takeda H., Haga N & Sadanaga R., Structure investigation of polymorphic transition between 2M2, 1M- lepidolite and 2M1 muscovite Mineralogical Journal, 6(4), 203-215, 1971 [13] Takeda H and Ross M., Mica polytypism: Identification and origin American Mineralogist, 80, 715-724, 1995 [14] JCPDS International Center for Diffraction Data, Power diffraction file: alphabetical index inorganic materials, USA, 1979 39 [15] Bergmann J., Friedel P., Kleeberg R., BGMN - a new fundamental parameters based Rietveld program for laboratory X-ray sources, it's use in quantitative analysis and structure investigations CPD Newsletter, 20, 5-8, 1998 [16] Wiewióra A and Weiss Z., X-ray powder transmission diffractometry determination of mica polytypes: method and application to natural samples Clay Minerals, 20, 231-248, 1985 [17] Đào Duy Anh, Hoàng Thị Minh Thảo, Nguyễn Thị Minh Thuyết, Đặc điểm thành phần vật chất pegmatit chứa liti vùng La Vi, tỉnh Quảng Ngãi, 35(3), 241-248, 2013 [18] WWW-MINCRYST - Crystallographic and Crystallochemical Database for Minerals and their Structural Analogues, Russian Academy of Sciences: Muscovite-Li 2M1, card 5697 URL: http://database.iem.ac.ru/mincryst/s_carta.php?M USCOVITE+5697 [19] WWW-MINCRYST - Crystallographic and Crystallochemical Database for Minerals and their Structural Analogues, Russian Academy of Sciences: Lepidolite 2M1, card 2549 URL: http://database.iem.ac.ru/mincryst/s_carta.php?LE PIDOLITE+2549 [20] Zöller M H., Charakterisierung von Illitkristallen durch konvergente Elektronenbeugung In Graf v Reichenbach, H (Hrsg.): Hydratation und Dehydratation von Tonmineralen Beiträge zur Jahrestagung Hannover, 1992 Berichte der DTTG e.V, Band 2, (pp 211-220) Deutsche Ton- und Tonmineralgruppe, 1993 [21] Rinaldi R., Černý P and Ferguson R.B., The Tanco pegmatite at Bernic lake, Manitoba VI Lithium-Rubidium-Cesium Micas Canadian Mineralogist, 11, 690-707, 1972 [22] Levinson A A., 1953 Studies in the mica group; relationship between polymorphism and composition in muscovite – lepidolite series: American Mineralogist, 38, 88-107 [23] Swanson T.H & Bailey S W., Redetermination of the lepidolite-2M1 structure Clays and Clay Minerals, 29(2), 81-90, 1981 [24] Williams D B & Carter C B., Transmission electron microscopy: Diffraction II Spring, New York, USA, 1996 [25] Connolly J R., Introduction to X-Ray Powder Diffraction Spring, New York, USA, 2012 [26] Brigatti M F., Kile D E., Poppi M., Crystal structure and crystal chemistry of lithium-bearing muscovite 2M1 The Canadian Mineralogist, 39, 1171-1180, 2001 [27] Güven N., The crystal structure of 2M1 phengite and 2M1 muscovite Zeitochrift fur Kristallographie, 134, 196-212, 1971 40 P.T Nga nnk /Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất Môi trường, Tập 30, Số (2014) 31-40 Polytype and Cell Parameters of Li-bearing Minerals in Pegmatite in La Vi Area, Quảng Ngãi Province Phạm Thị Nga1, Hoàng Thị Minh Thảo1 Nguyễn Thị Minh Thuyết1, Đào Duy Anh2 VNU University of Science, 334 Nguyễn Trãi, Thanh Xuân, Hanoi, Vietnam National Institute of Mining-Metallurgy Science and Technology, 79 An Trạch, Đống Đa, Hanoi, Vietnam Abstract: The Li-bearing minerals in pegmatite in La Vi area, Quảng Ngãi Provine include lepidolite and Li-muscovite Based on several methods including mordern methods like XRD coupled with Winfit and BGMN softwares, and TEM with SAED analysis, the results yielded shown that both Li-muscovite and lepidolite are 2M1 polytype, monoclinic crystal system, C2/c symmetry Because of difference of Li and Al contents in the octahedral sheet, cell parameters of the Li-muscovite and lepidolite are significantly different, as the following details: Li-muscovite: a = 5,22; b = 9,03; c = 20,20; β = 92,86o; α = γ = 90o Lepidolite: a = 5,11; b = 9,13; c = 19,92; β = 99,99o; α = γ = 90o Keywords: La Vi pegmatite, lepidolite, muscovite, polytype, cell parameters ... bày trên, khoáng vật muscovit -Li lepidolit quặng pegmatit La Vi có đa kiểu cấu trúc 2M1 Đa kiểu cấu trúc 2M1 loại đa kiểu phổ biến tự nhiên khống vật thuộc nhóm mica Loại đa kiểu mô tả xếp lặp... với thông số ô mạng sở xác định được, ảnh nhiễu xạ điện tử chọn vùng thu TEM, hai khoáng vật muscovit -Li lepidolit từ mẫu pegmatit La Vi - Quảng Ngãi xác định có đa kiểu cấu trúc 2M1 Đa kiểu cấu. .. hợp vật li? ??u đòi hỏi độ xác cao Với ý nghĩa đó, nghiên cứu trình bày loại đa kiểu cấu trúc thơng số mạng sở khống vật chứa kim loại kiềm Li, xác định muscovit -Li lepidolit, vùng La Vi - tỉnh Quảng
Ngày đăng: 17/03/2021, 20:23
Xem thêm:
